Индукционное устройство для плавки металлов во взвешенном состоянии Советский патент 1981 года по МПК H05B6/32 

(54) ИНДУКЦИОЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ ВО 53ЧЕИЯЕННОМ СОСТОЯНИИ

. I

Изобретение относится к электротермии, а имеино к устройствам для штавлеиия жидких металлов во взвешеином состоянии, и может быть использовано для получения чистых металлов, а также для получения композиционных материалов на металлической основе, упрочненных волокнами.

Известно индукционное устройство для плавки металлов во взвешенном состоянии, содержащее незамкнутый магнитопровод, выполненный в виде соединенных перекладиной не менее трех стержней, снабженных индУ ционными обмотками, и водоохлаждаемый концентратор, расположенный в прямоугольных пазах между стержнями магнитопровода, образующих пирамиду, усеченную сферой, причем пазы расположены на равном рассгтоянии друг от друга, а обмотки соединены в две последователь,ные ветви, в одну из которых включены четные, а в другую нечетные обмотки, которые присоединены к.тенератору, частота которого сдвинута относительно частоты генератора для присоединения четных обмоток ЮОднако данное устройство не обеспечивает полного взвешивания металлов с большим отношением удельного веса к коэффициенту поверхностного натяжения.

Наиболее близким к предлагаемому является индукционное устройство для

to плавки металлов во взьешенноЬ состоявши, содержащее по меньшей мере две индукционные обмотки, выполненные в виде nojBdx водоохлаждаемых трубок из токопроводящего материала, соедиtsненных с системой охлаждения, четные из которых предназначены для при- соединения к генератору одной частоты, а нечетные - к генератору, частота которого сдвинута по фазеотноксительно указанного генератора, размещенные на элементе, вытесняющем магнитное поле, вмполненном в гаде многогранникаэ усеченного сферой 2. 3 Известное устройство позволяет получить качественную очистку металлов с большим отношением удельного веса к коэффициенту поверхностного натяжения, таких как олово, свинец, цинк и др. Однако при плавке тугоплавких металлов, таких как вольфрам, титан, молибден и др.,данное устройство не обеспечивает их расплавления даже при повышении частоты генераторов, питающих индукционные обмотки, в два-три раза, так как при этом происходит перегрев магнитопровода и выход его из строя. Цель изобретения - повышение качества нагрева тугоплавких металлов, например, вольфрама, и расширение функциональных во.зможностей. Поставленная цель достигается тем что в предлагаемом устройстве элемент, вытесняюш,ий магнитное поле, выполнен из токопроводящего материала, например, меди, с полостью, заполненной охлаждаемой Средой. Размещение индукционных обмоток на полом водоохлаждаемом элементе из токопроводящего материала, выполненном в виде многогранника, усеченного сферой, позволлет сконцентрировать в рабочем объеме устройства магнитное поле индукционных обмоток и поддерживать необходимую плотность магнитного поля, достаточную для расплавления тугоплавкихметаллов. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показан проводящий элемент, разрез; на фиг. А приведена схема подключения об моток к генераторам; на фиг. 5 услов но показано распределение магнитных силовых линий вокруг индукционных об моток при протекании по ним тока; на фиг. 6 - распределение магнитных силовых линий вокруг индукционных обмо ток под влиянием магнитного поля вих ревых токов в жидком металле; на фиг. 7 - распределение магнитных сил вых линий вокруг инду1 ционных обмото под влиянием магнитного поля вихревых токов проводящего элемента; на фиг. 8 - распределение магнитных си ловых линий вокруг индукционных обмо ток под влиянием магнитных силовых линий вихревых токов жидкого металла и проводящего элемента. Устройство содержит охлаждаемый полый элемент 1 из токопроводящего материал-а, например, меди, выполнен7ныи в виде многогранника, например, параллелепипеда, усеченного сферой, предназначенный для вытеснения магнитного поля. Он покрыт изолирующей прокладкой 2, на которой размещены индукционные обмотки 3, выполненные в виде полых трубок из токопроводящего материала, причем обмотки соединены с помощью токовых перемычек А в две последовательные ветви, в одну из которых включенычетные, а в другую нечетные обмотки, которые присоединены к генератору 5, частота которого сдвинута относительно частоты генератора 6 для присоединения четных обмоток. Кроме того, индукционные обмотки 3 через токоизолирующие трубки 7 соединены с коллекторами 8 системы охлаждения. Посредством клемм 9 обмотки 3 присоединены к генераторам 5 и 6. Система охлаждения состоит из коллекторов 8, изолирующих трубок 7, трубок 3, служащих индукционными обмотками, а также проводящего элемента. Индукционные обмотки 3 в предлагаемом устройстве выполняют, две функции: они являются проводниками тока, возбуждающего магнитное поле в элементе 1 и в обрабатываемом металле, помещенном в рабочий объем, и проводниками охлаждающей жидкости, т.е. элементами системы охлаждения. Предлагаемое устройство может быть использовано для очистки тугоплавких металлов путем плавки во взвешенном состоянии и для получения композиционных материалов на металлической основе, упрочненных волокнами. Очистка тугоплавких металлов на предлагаемом устройстве происходит следующим образом. При включении двух высокочастотных генераторов 5 и 6 (частоты генераторов порядка 60-100 кГц, разность частот 0,5 кГц) ток, протекающий по индукционным обмоткам 3, возбуждает в проводящем элементе 1 вихревые токи, магнитное поле которых искажает магнитное поле индукционных обмоток, вытесняя его в рабочий объем устройства (фиг. 5 и 7 . Предлагаемая схема подключения обмоток к генераторам обеспечивает создание в рабочем объеме устройства бегущего реверсируемого магнитного потока. При помещении гЗеталла в рабочий объем устройства в этом металле воз5никают вихревые токи, которые разогр вают его до температуры плавления и создают свое магнитное поле, которое взаимодействуя с магнитным полем уст ройства, создает выталкивающую силу, в результате чего происходит взвешивание жидкого металла. Размещение индукционных обмоток на проводящем элементе позволяет скомпенсировать вытеснение магнитного поля индукционных обмоток магни ным полем вихревых токов жидкого металла за счет поджатия магнитного поля обмоток снизу магнитным полем проводящего элемента (фиг. 6,8). Таким образом, необходимая величина плотности магнитного поля в рабочем объеме предлагаемого устройства достигается за счет вытеснения магнитного поля индукционных обмоток магнитным полем вихревых токов прово дящего Элемента и увеличением (в 1 ,5 2 раза) величины тока в индукционных обмотках. Устройство может быть использовано и получения композиционных ма териалов на металлической основе, уп рочненных волокнами, что происходит следующим образом. Металл помещают в рабочий объем устройства и при подаче токов высокой частоты от генераторов 5 и 6 в нем возникают вихревые токи, которые разогревают металл до температуры пла ления. Металл взвешивается под действием сил магнитного поля. Затем в металлический расплав вводят твердые мелкодисперсные частицы упрочняющей фазы - карбидов или окислов. Под влиянием реверсируемого бегущего магнит ного потока в жидком металле возника ют интенсивные течения, которые вы- . зывают перемешивание расплава и равномерное распределение частиц упрочняющей фазы в расплаве. Одновременно с включением генераторов происходит взвешивание расплава. При этом металл как бы облегчается, его кажущаяся плотность становится меньше физической, и при определенных значениях плотности тока и магнитной индукции 7 плотность металла становиткажущаясяся равной плотности диспергированных в нем частиц. В этом случае частицы занимают в расплаве положение равиовесия и не перемещаются в нем под действием гравитационных сил. После того, как частицы равномерно распределяютсй по всему объему расплава, частоту генераторов плавно уменьшают до затвердевания расплава. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить плавку во взвещенном состоянии наиболее тугоплавких металлов для очистки, а также получать композиционные материалы на металлической основе. Формула изобретения Индукционное устройство для плавки металлов во взвешенном состоянии, содержащее по меньшей мере две индукционные обмотки, выполненные в виде полых охлаждаемых трубок из токопроводящего материала, соединенных с системой охлаждения, четные из которых предназначены для присоединения к генератору одной частоты, а нечетные к генератору, частота которого сдвинута по фазе относительно указанного генератора, размещенною на элементе, вытесняющем магнитное поле, выполне: ном в виде многогранника, усеченного сферой, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональньтс возможностей устройства и повышения качества нагрева тугоплавких металлов, элемент, вытесняющий йагнитное поле, выполнен из токопроводящего материала, например, меди, с полостью, заполненной охлаждаемой средой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2620894/:24-07, кл Н 05 В 5/08, 1978. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2682050/24-07, кл. Н 05 В 5/08, 1978.

Фиг.5

Фиг. 7